Das Verdauungssystem: Organe, Prozesse und Nährstoffe

Inhaltsverzeichnis

• 1. Verdauungsorgane
• 2. Der Verdauungsprozess
• 3. Verdauungsstörungen
• 4. Darmverdauung und Resorption
• 5. Wichtige Nährstoffe in Lebensmitteln

1. Verdauungsorgane

Verdauungssysteme bei Wirbellosen

Arten von Verdauungssystemen bei Wirbellosen:

• Annelida (Ringelwürmer)
• Mollusken (Weichtiere)
• Arthropoden (Gliederfüßer)

Annelida (Ringelwürmer)

Bei Anneliden findet man einen Rohrdarmtrakt mit zwei Öffnungen. Es kann unterschieden werden:

• Der Mund
• Muskulöser Pharynx
• Kropf zur Nahrungsspeicherung und Muskelmagen mit kleinen Sandkörnern zum Zermahlen
• Der Darm, der durch den Körper verläuft und am After endet. Die extrazelluläre Verdauung findet fast entlang des gesamten Rohrdarmtrakts statt.

Mollusken (Weichtiere)

Das Verdauungssystem der Weichtiere, ausgenommen Lamellibranchia (Muscheln, Austern...), ist komplex aufgebaut.

• Mund, versehen mit einem kalkförmigen Organ, der Radula, zum Zerkauen der Nahrung
• Speiseröhre
• Magen
• Darm bis zum Anus

Sie besitzen eine Drüse namens Hepatopankreas, die im Verdauungstrakt wirkt. Die Lamellibranchia haben eine primitive Ernährungsweise, bestehend aus einem Filtersystem, das Nahrungspartikel zurückhält.

Gliederfüßer (Arthropoden)

Sie sind eine stark diversifizierte Gruppe, angepasst an viele Umgebungen und unterschiedliche Wege der Nahrungsaufnahme. Sie besitzen unterschiedliche Strukturen zur Erfassung und Aufnahme dieser Nahrungsmittel. Im Allgemeinen treten auf:

• Mundhöhle, umgeben von Anhängseln zur Erfassung und Aufnahme der Nahrung.
• Rachen
• Speiseröhre, Kropf und Muskelmagen
• Mitteldarm, der Verdauungsenzyme absondert, und
• Enddarm bis zum After.

Der Gastrointestinaltrakt wird von verschiedenen Drüsen begleitet, die bei jeder Art von Arthropoden Verdauungsenzyme produzieren.

Verdauungstrakt der Wirbeltiere

• Die Mundhöhle
• Der Pharynx
• Die Speiseröhre
• Magen
• Der Darm

Die Mundhöhle

Der Mund ist von Hautfalten, den Lippen, umgeben. Im Mund befinden sich Zähne, deren Funktion es ist, Nahrung zu schneiden, zu zerkleinern und zu mahlen (mechanische Verdauung). Im Mund befindet sich auch die Zunge, die eine große Anzahl von Geschmacksknospen besitzt. Ihre Aufgabe ist es, die Nahrung zu mischen und ihren Transport in die Speiseröhre zu erleichtern. In die Mundhöhle münden Speicheldrüsen, die Speichel absondern. Dessen Funktionen sind:

• Als Schmiermittel wirken
• Einen Teil der mit der Nahrung aufgenommenen Bakterien zerstören
• Die chemische Verdauung von Kohlenhydraten mit dem Enzym Amylase beginnen, das Stärke zu Maltose zerlegt.

Nach Abschluss der Prozesse in der Mundhöhle wird die Nahrung geschluckt.

Pharynx (Rachen)

Der Pharynx ist ein muskulöser Schlauch, der den Verdauungstrakt mit den Atemwegen verbindet. Während des Schluckens bleiben die Atemwege geschlossen. Der Rachen bildet eine Falte, den Kehldeckel, der die Stimmritze verschließt. Dies verhindert, dass Nahrung in die Atemwege gelangt.

Ösophagus (Speiseröhre)

Sie ist ein gerader und muskulöser Kanal. Ihre Muskelkontraktionen erzeugen peristaltische Bewegungen, die den Nahrungsbolus in den Magen befördern.

Magen

Er ist eine Erweiterung des Verdauungstrakts, in dem die Nahrung für eine gewisse Zeit gelagert wird, bevor sie in einem fortgeschrittenen Verdauungszustand in den Darm gelangt. Er besteht aus:

• Einer Kardia-Region, die an die Speiseröhre grenzt und durch eine sogenannte Magenklappe verschlossen wird
• Einem mittleren Bereich, dem sogenannten Korpus
• Einer Pylorusregion, die durch den Pylorus-Schließmuskel mit dem Darm verbunden ist.

Der Magen ist muskulös, sodass dank seiner Kontraktionen die mechanische Verdauung abgeschlossen wird. Darüber hinaus findet hier die chemische Verdauung statt, durch die Einwirkung von Magensaft, der von Drüsen in den Magenwänden abgesondert wird. Im Magen werden Wasser, Alkohol und einige Mineralsalze resorbiert. In der Regel bildet die Nahrung nach ausreichend langem Verbleib im Magen eine breiige Masse, den sogenannten Chymus, der allmählich in den Darm gelangt.

Darm

Der Darm ist in zwei Hauptabschnitte unterteilt:

Dünndarm

Der Dünndarm besteht aus drei Teilen:

• Zwölffingerdarm (Duodenum)
• Jejunum (Leerdarm)
• Ileum (Krummdarm)

Zwei verschiedene Funktionen werden ausgeführt:

• Die vollständige chemische Verdauung der Nahrung und
• Ihre Absorption.

In diesem Abschnitt wirken:

• Die Leber, die Galle sezerniert
• Die Bauchspeicheldrüse, die Pankreassaft absondert.

Auch an den Wänden der Darmschleimhaut gibt es weitere Drüsen wie:

• Brunner-Drüsen, die Schleim produzieren, und
• Lieberkühn-Krypten, die Darmsaft absondern.

Das Ergebnis der Wirkung dieser Säfte ist, dass:

• Kohlenhydrate in Monosaccharide umgewandelt werden,
• Fette in Fettsäuren und Glycerin zerlegt werden, und
• Proteine in Aminosäuren aufgespalten werden.

Dickdarm

Er ist durch die Bauhin-Klappe vom Dünndarm getrennt. Die Schleimhaut weist Querfalten auf, die ihr ein charakteristisches Aussehen verleihen. Drüsen kleiden die Schleimhaut aus und produzieren Schleim. Der Darm absorbiert zudem eine große Menge Wasser, sodass der Stuhl durch die Peristaltik im letzten Abschnitt des Darms eindickt. Diese Produkte werden beim Stuhlgang ausgeschieden, ein Prozess, der als Defäkation bezeichnet wird. Zu den Abfallprodukten gehören pflanzliche Zellwände, von denen sich eine Reihe saprophytischer, symbiontischer Bakterien (Darmflora) ernährt. Diese produzieren durch Gärung Gase. Sie produzieren auch einige nützliche Stoffe für den Körper, z. B. Vitamin K.

2. Der Verdauungsprozess

Verdauung: Der Prozess der Umwandlung und Aufnahme von oral eingenommenen Lebensmitteln. Sie findet im Verdauungstrakt statt und besteht aus zwei Arten von Phänomenen: mechanischen und chemischen. Durch mechanische Prozesse, wie das Kauen, wird die Nahrung zerkleinert und mit Speichel vermischt, um den Bolus zu bilden. Die chemischen Prozesse dienen der Umwandlung verschiedener Nahrungsmittel (komplexe Moleküle) in resorbierbare Elemente (einfache Moleküle) im Darm, d.h., sie können von den Darmzotten aufgenommen werden. So müssen Kohlenhydrate oder Kohlenstoff-Kohlenstoff-Zucker in Einfachzucker, hauptsächlich Glukose, umgewandelt werden; Fette werden in Fettsäuren und Glycerin umgewandelt; und Proteine in Aminosäuren. Die wichtigste chemische Reaktion, die bei diesen Prozessen auftritt, ist die Hydrolyse, und sie erfordert Verdauungssäfte mit Enzymen, die für diese Umwandlungen zuständig sind.

Verdauung bei Tieren

Nahrung ist für alle Tiere unerlässlich, da sie die benötigte Energie liefert und die Grundlage für Wachstum und Regeneration bildet. Einmal aufgenommen, wird die Nahrung durch den Verdauungsprozess in einfache chemische Substanzen zerlegt. Anschließend werden die Nährstoffe in Form chemischer Verbindungen von den Zellen und Geweben des Körpers aufgenommen, wo sie durch physiologische Mechanismen, bekannt als Stoffwechsel, verwertet werden. Die Verdauungssysteme verschiedener Tiere variieren je nach Faktoren wie Nahrungsart, Lebensweise und vielen anderen. Dennoch haben die Verdauungssysteme der Tiere den gemeinsamen Zweck, Nahrung aus der äußeren Umgebung aufzunehmen und den Kontakt mit den inneren Membranoberflächen herzustellen, wo Verdauung und Resorption stattfinden. Mit zunehmendem Grad der Evolution der Tiere nimmt die Komplexität der Organisationsstruktur des Körpers und damit ihrer Organe zu. Bei Protozoen, einzelligen Tieren, die keine ähnlichen Zellen oder Gewebe besitzen, gibt es oft keine dauerhafte Struktur zum Schlucken und Verdauen von Nahrung. Zum Beispiel bilden Amöben Ausstülpungen, sogenannte Pseudopodien, die die Nahrung umschließen und eine Vakuole bilden, in der sie verdaut wird – dies wird als Verdauungsvakuole bezeichnet. Andere hingegen haben eine dauerhafte Struktur namens Mundrinne, um Nahrungspartikel anzuziehen, die dann in Verdauungsvakuolen überführt werden, wie im Fall des Parameciums. Bei Hohltieren (Korallen, Hydren usw.) zeigt sich ein Mund, der mit einer sackförmigen Verdauungshöhle verbunden ist und deren Wände mit einer Schicht von Magenzellen bedeckt sind. Plattwürmer wiederum besitzen ein Rohr unterhalb der Mundöffnung, das sich in Äste im ganzen Körper verzweigt. Dies ist jedoch eine unvollständige Verdauung, da die Nahrung durch dieselbe Öffnung aufgenommen und die Verdauungsabfälle ausgeschieden werden. Bei Ringelwürmern mit segmentiertem Körper, wie dem Regenwurm, ist das Verdauungssystem vollständig: Die Nahrung gelangt durch den Mund, durchläuft verschiedene Organe, in denen sie verdaut wird, und die Abfälle werden durch den After am gegenüberliegenden Ende des Mundes ausgeschieden. In anderen fortgeschritteneren Gruppen von Wirbellosen sind Kauwerkzeuge wie entwickelte Kiefer mit Zähnen oder modifizierte Mundwerkzeuge zum Saugen vorhanden. Bei Wirbeltieren erreicht das Verdauungssystem seine maximale Komplexität und besteht aus verschiedenen Organen. In jeder großen Gruppe der Wirbeltiere gibt es zwei grundlegende Verdauungsdrüsen, Leber und Pankreas, die für die Produktion der für die Verdauung benötigten Enzyme und Säfte unerlässlich sind.

Verdauung bei Insekten

Bei Insekten ist der Verdauungstrakt in einen vorderen, einen mittleren (Magen) und einen hinteren Teil unterteilt. Der vordere Teil (Mundbereich) besteht aus Speiseröhre, Kropf und Proventrikel. Der Kropf dient als Nahrungsspeicher. In die Speiseröhre münden Speicheldrüsen, deren Sekrete beim Kauen mit der Nahrung vermischt werden. Die Verdauung findet hauptsächlich im Magen statt, und die Verdauungsprodukte werden in diesem und im hinteren Teil des Darmtrakts resorbiert. Letzterer dient der Ausscheidung von Abfallstoffen. Am vorderen Ende des Enddarms befindet sich eine große Anzahl kleiner Röhrchen (sogenannte Malpighische Gefäße), die im Blut der Leibeshöhle schwimmen. Abfallstoffe aus dem Blut gelangen durch die Wände der Röhrchen in den Darm, wo sie ausgeschieden werden.

3. Verdauungsstörungen

Verdauungsstörungen sind ein Sammelbegriff für körperliche Beschwerden des oberen Magen-Darm-Trakts, die mit der Aufnahme von Flüssigkeiten oder festen Nahrungsmitteln zusammenhängen. Symptome sind brennendes Gefühl oder Sodbrennen, Aufstoßen, Blähungen, Völlegefühl, Druckgefühl, Übelkeit und Erbrechen. Einige Symptome von Verdauungsstörungen ähneln denen ernsthafter Krankheiten, daher sollte die Selbstmedikation nicht über einen längeren Zeitraum erfolgen.

4. Darmverdauung und Resorption

Dünndarm: Aufbau und Funktion

Der Dünndarm besteht aus dem Zwölffingerdarm (Duodenum), dem ersten Teil von etwa 25 cm Länge, und dem Jejunum-Ileum, das 6-7 m lang ist und einen Durchmesser von 3 cm hat. Der Darm ist an einem Ende durch den Pylorus mit dem Magen verbunden und am anderen Ende durch die Ileozökalklappe mit dem Dickdarm. Er ist von einer Membran, dem Bauchfell, umgeben und hängt am Mesenterium, durch das Gefäße und Nerven den Dünndarm versorgen und seine Bewegung ermöglichen.

Duodenum (Zwölffingerdarm)

Es ist C-förmig und liegt rechts neben dem Magen, unmittelbar nach dem Pylorus. Es ist durch das Bauchfell fixiert, sodass es im Gegensatz zu anderen Abschnitten des Dünndarms nicht mobil ist und keine Falten bildet. In den Zwölffingerdarm münden der Gallengang und der Pankreasgang, wodurch Galle und Pankreassaft in den Dünndarm gelangen. Sowohl Galle als auch Pankreassaft enthalten eine Reihe von Enzymen, die Polypeptide, Fette und Kohlenhydrate spalten. Sobald Polypeptide in ihre elementaren Formen, Kohlenhydrate und Fette, umgewandelt sind, werden sie von der Schleimhaut des Jejunums und Ileums ins Blut aufgenommen.

Jejunum-Ileum

Dies ist die Fortsetzung des Duodenums und reicht bis zum Blinddarm. Der Blinddarm ist der erste Teil des Dickdarms. Das Jejunum-Ileum ist durch die Bauhin-Klappe mit dem Blinddarm verbunden. Auf den ersten Blick hat die Innenwand des Dünndarms ein samtiges Aussehen, doch unter dem Mikroskop offenbaren sich komplizierte Falten, Grübchen und Ausstülpungen. Die wichtigsten Komponenten der Dünndarmwand sind Zotten und Mikrovilli, die zusammen mit der gefalteten Schleimhaut die Oberfläche um das 160-fache vergrößern, um die Resorption zu erleichtern. Der Speisebrei gelangt aus dem Magen in den Zwölffingerdarm und wird dort mit Enzymen und Substanzen aus Leber und Bauchspeicheldrüse vermischt, wodurch der Chymus entsteht. Die Resorption von Nährstoffen ist ebenfalls eine Funktion des Darms. Dies erfolgt wie folgt: Lipide werden im Duodenum und vor allem im ersten Teil des Jejunums resorbiert und gelangen in den Lymphstrom. Aminosäuren aus der Proteinverdauung und Monosaccharide aus dem Abbau von Kohlenhydraten werden von den Epithelzellen der Jejunum- und Ileumschleimhaut durch aktive Transportmechanismen absorbiert und gelangen direkt in die Blutbahn. Während des Prozesses der intestinalen Verdauung werden etwa 8 Liter Wasser im Körper umgesetzt, enthalten in verschiedenen Substanzen wie Speichel, Galle, Darmsäften und Schleim. Nach der Absorption der einzelnen Nährstoffe erreichen jedoch nur etwa ein halber Liter Wasser den Dickdarm, der Rest wird im Dünndarm resorbiert.

Dickdarm: Aufbau und Funktion

Er ist der letzte Teil des Verdauungstrakts und besteht aus vier Hauptabschnitten: Blinddarm, Kolon, Mastdarm und Anus. Seine Gesamtlänge beträgt etwa 1,5 m. Er besitzt drei äußere Längsmuskelbänder, die dem Dickdarm ein charakteristisches Aussehen von Säcken verleihen. Der Blinddarm ist der erste Teil des Dickdarms und ist durch die Ileozökalklappe mit dem Ileum verbunden. Am Blinddarm befindet sich der Wurmfortsatz (Appendix), ein kurzes und schmales Anhängsel, das beim Menschen keine bekannte Verdauungsfunktion hat. Der Blinddarm befindet sich im rechten Unterbauch. Von dort steigt der Dickdarm auf (Colon ascendens), biegt sich unter der Leber und wird zum Querkolon (Colon transversum). Sowohl der aufsteigende als auch der absteigende Teil des Dickdarms sind durch das Bauchfell an der hinteren Bauchwand befestigt. Das Bauchfell ist die Membran, die alle Organe im Bauchraum bedeckt. Das Colon descendens geht kontinuierlich in das Rektum und den Analkanal über. Der Dickdarm hat einige Gemeinsamkeiten mit dem Dünndarm, wie die Ausscheidung und Absonderung von Schleim. Die Funktionen des Dickdarms sind:

• Material aus dem Dünndarm empfangen und speichern
• Wasser und Salze absorbieren
• Lebensraum für Darmbakterien bieten: Produktion von Vitaminen
• Abfallstoffe speichern
• Die willkürliche Kontrolle der Defäkation ermöglichen

5. Wichtige Nährstoffe in Lebensmitteln

Proteine

Proteine finden sich in Fleisch, Milch und Milchprodukten, Eiern und Gemüse. Proteine werden während der Verdauung in Aminosäuren aufgespalten, die dann über das Blut zu verschiedenen Geweben transportiert und dort verteilt werden. Die Aminosäuren können sich dann wieder zu menschlichen Proteinen wie Hämoglobin und Hormonen zusammensetzen. Überschüssige Proteine, die der Körper nicht benötigt, werden in Harnstoff umgewandelt und als Teil des Urins ausgeschieden.

Funktionen:

• Versorgung mit essentiellen Aminosäuren für Wachstum und Gewebereparatur
• Aufrechterhaltung des osmotischen Gleichgewichts der Zellen
• Sind Bestandteil von Glykoproteinen, Hormonen, Lipoproteinen, Enzymen und Antikörpern

Machen 20% des Körpergewichts eines Erwachsenen aus.

Kohlenhydrate

Sie sind in Obst, Gemüse und Milchprodukten zu finden. Die einfacheren Moleküle der Kohlenhydrate sind Monosaccharide wie Glukose und Fruktose; die komplexeren sind Polysaccharide wie Stärke und Glykogen. Polysaccharide werden im Verdauungstrakt zu einfacheren Molekülen abgebaut. Sie reichern sich in Form von Glykogen in Leber und Muskeln an.

Funktionen:

• Wichtigste Energiequelle (fehlen sie dem Körper, werden Lipide und Proteine als Energiequelle genutzt)
• Bestandteil der Zellstruktur
• Sind Bestandteile von Antikörpern

Lipide oder Fette

Sie sind in Milch, Fleisch, Ölen und Nüssen zu finden. Sie liefern essentielle Fettsäuren (Linolsäure, Linolensäure, Arachidonsäure). Sie machen etwa 10% des Körpergewichts aus; um dieses Verhältnis zu erhalten, sollten täglich etwa 56 g aufgenommen werden.

Funktionen:

• Energiequelle
• Schutz für Blutgefäße, Nerven und andere Organe
• Bestandteile von Zellmembranen
• Appetitanregend
• Transportmittel für die Absorption der Vitamine A, D, K und E
• Bestandteile des Nervengewebes

Mineralien

Sie machen 5% des Körpergewichts aus und regulieren viele Prozesse im Körper. Man unterscheidet:

• Makroelemente oder Makronährstoffe: Elemente, die der Körper in Mengen von über 100 mg täglich benötigt, wie Kalzium, Magnesium und Phosphor.
• Mikroelemente oder Spurenelemente: Elemente, die der Körper in geringen Mengen (wenige mg) täglich benötigt, wie Jod, Kupfer, Eisen, Kalium, Natrium, Chlor, Fluor, Schwefel, Zink und Mangan.